利用化学驱技术提高原油采收率.doc

东北石油大学
自学考试毕业设计(论文)

专　　业
石油工程
学　　号
20085516431025
姓　　名
刘彬彬
题　　目
利用化学驱技术提高原油采收率
指导教师
鞠老师

东北石油大学成人教育学院

年 月 日

东北石油大学自学考试
毕业设计(论文)任务书
专业：石油与天然气地质勘探技术
考号：20085516431025
姓名：刘彬彬
毕业设计(论文)题目：
利用化学驱技术提高原油采收率

立题目的和意义：

技术要求与工作计划：

指导教师：鞠老师

年　　月　　日

摘 要
化学驱技术作为提高原油采收率的方法，越来越得到人们的重视，对化学驱微观驱油机理的研究也不断的深入。有关化学驱注剂与原油界面张力的研究较多，而国内对影响化学驱驱油效率的另外一个重要因素界面粘度的研究却少有报道。本文对界面粘度的研究进展以及界面粘度测量方法进行了归纳总结。简要介绍了CIR-100界面流变仪的软件和硬件，对其工作原理和理论基础作了概述。使用此仪器测量了化学驱注剂与原油之间的界面流变性，实验研究了化学驱单剂、二元和三元的驱替液与油相之间的界面流变性。着重分析了聚合物分子量、浓度、矿化度和温度等对聚合物溶液与油相界面粘度和界面弹性模量的影响。

关键词：界面弹性模量；界面粘度；界面张力；化学驱；CIR100
Abstract
As a method of enhancing the crude oil recovery ratio, the chemical flooding has been highly cared about, the researches on microcosmic driving mechanism is also deeper and deeper. There are a lot of researches about chemical flooding and interfacial tension, but the interfacial viscosity as another importance factor that effect the oil displacement efficiency reported very few in our country .In this paper, the researches progression of interfacial viscosity and it’s measuring method have been summed up. The software and hardware of CIR-100 interface rheometer have been concision introduced, the principle of it’s work and the theory base have been summarized also in the paper. The interface rheological property between injected chemical solution and oil has been measured by this instrument. The interface rheological property between single solution、duality、ASP chemical solution and oil has been researched through experiment. In this paper mainly analyzed the effect about the interfacial viscosity and interfacial elasticity modulus of polymer solution that variety to the changes of polymer molecular weight、concentration、salinity and temperature.

Key words： interfacial elasticity modulus；interfacial viscosity；chemical flooding； CIR100

目 录
第1章 概 述 1
1.1 化学驱技术的研究现状 1
1.2 界面粘度研究的意义与历史进展 2
1.3界面粘度的测量方法综述 4
第2章 CIR-100界面流变仪简介 6
2.1 CIR-100界面流变仪的硬、软件介绍与实验步骤 6
2.2 CIR-100测量原理 11
2.3 理论基础 12
2.4 实验步骤及内容 15
第3章 聚合物溶液与原油界面流变性的实验研究 18
3.1 温度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响 18
3.2 聚合物分子量对聚合物溶液与油相界面流变性的影响 20
3.3 溶液矿化度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响 21
3.4 聚合物溶液浓度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响 23
第4章 其它化学驱注剂与油相界面流变性受浓度影响的实验研究 25
4.1 碱单剂对油水流变性的影响研究 25
4.2 表面活性剂单剂对油水界面流变性的影响研究 26
4.3 三元复合驱化学剂共存时对油水界面流变性的影响研究 28
第5章 界面粘度与驱替速度和两相作用力之间的关系 30
结论 32
参考文献 37
致谢 33

第1章 概 述
1.1 化学驱技术的研究现状
我国的大部分油田都到了开发的中后期，化学驱技术在提高采收率中发挥着非常重要的作用。早在二十世纪一十年代美国人就发现注碱水可以降低界面张力，提高采收率并申请了专利[1]。二十世纪六十年代对提高采收率的迫切要求，促使人们使用表面活性剂或能够与原油反应生成表面活性剂的物质来降低界面张力，并发展成了两种成功的驱油方法：大孔隙体积低浓度表面活性剂驱和小孔隙体积高浓度表面活性剂驱[2]。到了七十年代人们开始使用聚合物来增加注入水的粘度，以此改变油水的流度比，提高波及系数，达到提高采收率的目的。随着室内实验和矿场试验经验的积累，人们逐渐地开始认识到利用两种化学剂的协和作用的复合驱技术，不仅可以降低昂贵的化学剂的用量，而且可以大幅度提高单一化学剂的采收率，满足了人们对经济效益的要求，这就是二元复合驱技术，其中主要包括碱—聚合物驱、表面活性剂—碱驱、表面活性剂—聚合物驱。目前广泛使用的是三元复合驱（Alkali/Surfactant/Polymer，ASP）体系驱油技术，它起始于二十世纪八十年代，利用表面活性剂之间的协同作用，使复合体系和原油形成超低界面张力，碱可使表面活性剂和聚合物的吸附滞留量得到减少，聚合物起到控制流度的作用，减小复合体系的指进和扩大波及体积的作用。三元复合驱在我国发展的较快，已经走在了世界的前列。

1.2 界面粘度研究的意义与历史进展
1.2.1 界面粘度研究的意义
随着化学驱技术的逐渐成熟，对化学驱注剂与原油的界面流变性的研究也随之不断的深入。界面流变性是一个值得深入探索研究的技术领域，通过对它的系统研究，可以提高我们对油水体系中界面液膜的形成机理、结构特征和驱油性能的认识，油珠拓展对驱油过程中各种物化现象的描述手段，有助于更好地理解微观驱油机理，促进驱油剂的研制与开发，发展更多更有用的EOR/IOR方法，同时也促进胶体科学和界面科学技术领域的进步[3]。另外通过对界面粘度的研究，可以使我们对化学驱的微观驱油机理的认识得到进一步深入，对三次采油技术的发展具有一定的指导意义。
传统观点认为[4]，只要界面张力充分低，则驱油效率就能接近100%。但没有一个实验结果能证实上述观点，除了影响采收率的因素非常复杂之外，一个重要原因就是没有考虑界面粘度的影响。随着科学技术的发展和研究的不断深入，人们发现在化学驱中表征界面流变性的界面粘度对驱油效率同样起着非常重要的作用。一是在驱油过程中，要力求使驱替体系具有最低的界面张力以达到最佳的驱油效率，同时具有较大的界面粘度，以保持驱替体系的稳定（尤其是对微乳液驱），但界面粘度的增大又会降低驱替速度[5-8]。在化学驱采油过程中，表活剂（或碱）虽然极大地降低了界面张力，但由于表活剂及原油中的极性物质在油水界面处的富集却使界面粘度显著增大，同样聚合物虽然极大地改变了流度比，但聚合物分子在界面处的吸附也使界面粘度显著增大。Giordano和Slatterty[6.9-11]提出了驱替相的理想配方应满足的条件：一方面使界面张力低于驱替所要求的临界值，另一方面又要使界面粘度近可能地小。刘卫东[12]等人也认为,一个驱油体系在界面张力超低的同时,界面粘度要适宜,才能保持较高的驱油效率。二是在采出液处理中，界面粘度太大会增加破乳的难度。所以界面粘度作为描述界面流变性的重要参数得到了人们的重视。此外在泡沫钻井、泡沫酸化、泡沫压裂和泡沫驱提高采收率技术中，力求增加泡沫的稳定性时，界面粘度都有重要的应用。
1.2.2界面粘度研究的历史进展
流体/流体界面是分隔相邻两相流体的一个具有有限厚度的区域，该区域内的物质性质与相邻的物质性质迥然不同。流体/流体界面能自动地从相邻体相中吸附两亲分子（表活剂、蛋白质、聚合物等），从而导致流体/流体界面变成高度结构化的、有一定结构强度的薄膜，使得流体/流体界面的界面流变性往往不同于体相的流变性。界面流变性包括界面张力、界面粘度、界面粘弹性和界面粘塑性等，总的而言，在表征界面流变性的众多特征指标中，对界面张力研究的较多、也较深入。
在设计泡沫驱油时，界面粘度对泡沫的稳定性也有影响。界面粘度越大，则泡沫的稳定性越好，反之稳定性越差。在不稳定泡沫驱油设计中，应对界面粘度给予详细考虑：泡沫驱替能提高波及效率，但将降低驱油速度，设计不稳定泡沫驱油（降低界面粘度）既有利于提高驱油速度而又不损失波及效率。在自生式泡沫驱油中，界面粘度过大将抑制泡沫的形成和生长，界面粘度太小则泡沫的生存周期又会缩短。因此，在实施EOR时，也必须要考虑到界面粘度对残余油驱替的显著影响。在聚合物提高采收率技术中，其主要的原理是高分子聚合物能够提高驱替相的体相粘度，从而提高注入流体在油藏中的波及效率。而传统的认识是它不能大幅度降低与原油之间的界面张力，因而不能提高洗油效率。然而当用别的增粘剂来提高驱替相的体相粘度时，原油采收率达不到相当体相粘度下的聚合物溶液的效果，这说明聚合物在提高体相粘度，改善波及效率的同时，界面现象有可能起着一定的作用，因此，需要研究聚合物驱油中的界面粘度问题。
界面粘度反映的是界面应力-应变之间的定量依赖关系[13-18]，界面粘度这个概念首先由Hagen[8.14]于1845年引入。1913年Boussinesq[19-21]提出了和牛顿内摩擦定律相似的界面粘度公式，即有名的线性Boussinesq界面流体模型，他认为界面粘度包括界面剪切粘度和界面拉伸粘度。界面剪切粘度表示了界面剪切流动的阻力，界面拉伸粘度反应了界面变形的阻力。国外对界面粘度的研究比较多，国内则少有报道。界面粘度在三次采油中发挥着重要的作用，油、气、水在油层中渗流时，界面现象起着控制作用，即界面张力、界面粘度、润湿性、润湿接触角滞后、界面吸附等都对残余油滴的驱替产生影响。其中，界面张力和界面粘度关系密切，对残余油滴的启动和运移往往起着相反的作用。油层中总有大量的油滴滞留着，因此存在于油（气）、水、岩石之间的界面力（不仅仅包括界面张力和毛管力，还包括和界面粘度相联系的界面粘滞力）妨碍了驱替压差把油滴从孔道中驱走。EOR技术的目标之一就是以较低的代价降低或消除这些界面力，使油滴在压差作用下能启动和运移，从而提高驱油效率。在静态问题中，即判断油滴能否被启动的问题上，界面张力（或毛管压力）起着决定性的作用，故降低界面张力就成为提高微观驱油效率的主要手段，人们在这方面已进行了大量深入的研究。在动态问题中，即在油滴的运移过程中，尽管界面张力起着作用，但是界面粘滞力将起主导作用。界面粘度反映的是界面流动和变形的阻力，不管油层的润湿性如何，界面粘度的作用是降低驱替速度，界面粘度越大，驱替速度降低得越厉害。J.C.Slattery等[6，14-16]在七、八十年代详细研究了界面粘度对毛管驱替的影响，发现界面粘度能极大地降低界面驱替速度。界面在不规则的毛管中运移并不是均匀推进的，而是以海因斯跳跃（Haines jumps）的形式向前移动：在压差作用下，界面慢慢的向前蠕动，直至发展为不稳定状态，于是迅速向前跳过一小短距离，然后又开始向前蠕动。由于海因斯跳跃发生的很快，通常认为是海因斯跳跃之间的缓慢的蠕动阶段控制了残余油滴在毛管中的驱替过程。界面粘度越大，则界面的蠕动速度越慢，界面驱替进程就越慢。如界面粘度为零，则界面的蠕动速度达到最大。不幸的是，表活剂（或碱）虽然极大地降低了界面张力，但由于表活剂及原油中的极性物质在油水界面处的富集却使界面粘度显著增大，同时聚合物虽然极大地改善了不利流度比，但聚合物分子在界面处的吸附也使界面粘度显著增大。
1.3界面粘度的测量方法综述
在油层残余油滴的启动和运移过程中，界面粘度所发挥的重要作用常常被人们忽略，一方面是由于界面粘度对多孔介质多相渗流的影响的理论分析比较困难，仅有的理论研究主要是针对单根毛管的；另一方面是由于界面粘度的测量方法还不很完善，尤其是界面拉伸粘度的测量方法相对很少。界面粘度的测量在国外研究很多，尤以七八十年代发展最迅速，而国内在这方面的研究是很少的。
1878年Willard Gibbs[19-21]从理论上指出，表活剂或其它杂质会吸附在界面上，从而改变界面流变性质。这些杂质不但能降低界面张力，而且也能增加界面流动和变形的阻力，既增加界面粘度。1913年，Boussinesq首次在理论上用界面剪切粘度和界面拉伸粘度的概念描述了界面应力和界面应变之间的线性关系，即线性，Boussinesq界面流体模型，随后又提出了非线性的广义Boussinesq界面流体模型。尽管界面粘度，尤其是界面剪切粘度的测量方法不断完善，测量精度不断提高，但由于界面粘度的概念抽象，也不容易测定，所以有许多人公开或私下怀疑界面粘度的真实性和实际意义。T.S.Jing等[5-8]从七十年代开始尝试用不同的界面剪切粘度计测量同一界面的界面剪切粘度，成功地获得了一致的实验数据，表明界面剪切粘度的存在是不容置疑的。J.C.Slattery[9]于七十年代把界面粘度应用于毛管驱替的理论分析，八十年代Giordano和Slattery[9-11]又定量分析了界面粘度等径毛管和正弦毛管驱替的影响，得到了相同的结果，即界面粘度使界面驱替速度降低，界面粘度越大，其降低的就越厉害。Stoodt和Slattery进行的毛管上升实验证实了上述结论。所以尽管粘度比较抽象，但它的确有着实际意义。
在Hagen提出界面粘度的概念后，就有人开始测量界面粘度。1869年Plateau[8,14]试图测出界面粘度，他让一根针在液/气界面上，然后再磁场里旋转，以便测得液/气界面粘度，但由于未考虑界面张力梯度的作用，其实验失败了。自Boussinesq于1913年提出了线性界面流体模型后，界面（剪切）粘度的测量研究才真正开始。早期的测量研究是定性的，大部分是液/气界面。在八十年代以前，扭矩类测量方法占了主导地位。Cumper和Alexander在1950年使用震动铂针金属摆测量了蛋白质单层和油/水界面的吸附薄膜的界面剪切粘度。Sherman[8]在1953年使用了振动盘片方法测量了矿物油/蒸馏水的界面剪切粘度。Karam[8]在1967年使用了旋转扭矩界面粘度计获得了液/液界面的流变数据。随后Slattery Jiang Ray Lee等[8-11，29]在七、八十年代进一步完善了扭矩类界面粘度计，但是只能用于液/液（气）界面的定量分析。扭矩类方法都要假设作用于双锥摆、盘片或刀刃的界面粘滞力占优于体相粘滞力，故当界面剪切粘度比较高时该方法还可以，当界面剪切粘度为中、低值时使用这类方法就不可靠。
Davies和Mayers[5]在1960年设计了圆形的“粘性牵拽”界面粘度计，Burton和Mannheimer[5,20]在1967年又进行了改进，Wasan和Gupta[5]在1971年给出了深环空粘性牵拽界面粘度计的详细设计和数学定量分析。Mohan等[7]在1976年给出了液/气两相的非稳定计算方法。Deemer等[20]在1980年给出了液/液/气三相的另一种数学分析方法。此外Goodrich等[23-24]在1975和1980年设计了壁面刀刃界面粘度计，但由于仪器加工、制造困难，实验操作复杂，很少有人使用。Prieditis等[14]在1987年设计的杯状界面粘度计也很少有人使用。
虽然大多数人认为在毛管驱替中界面拉伸粘度比剪切粘度重要，界面拉伸粘度可能起着主导作用，但界面拉伸粘度的测量方法研究很少，大多数测量方法是针对界面剪切粘度的。目前还没有单独测量界面拉伸粘度的有效方法。界面纵波法[25-28]、光散射法、泡滴法[7，8]等大多是在测出界面剪切粘度和界面拉伸粘度的线性组合之和，再确定界面剪切粘度，最后得到界面拉伸粘度。用泡滴法测定界面拉伸粘度。这些方法都认为界面粘度为零，即忽略界面张力梯度的影响。用泡滴法测定界面拉伸粘度，由于界面面积不断地改变或界面的生存时间有限，且不能保证界面浓度梯度为零，因而，实验数据或多或少受到了界面张力的梯度干扰。

第2章 CIR-100界面流变仪简介
2.1 CIR-100界面流变仪的硬、软件介绍与实验步骤
2.1.1硬件介绍及设备连接
图2.1 CIR-100前后示意图

本实验中的界面弹性模量和界面粘度数据是通过英国CAMTEL公司生产的CIR-100型界面流变仪测量的。图2.1给出了CIR-100界面流变仪的前后示意图。在系统硬件连接之前首先要关掉CIR-100所有的电源，然后按照以下步骤进行：
1） 将CIR-100接到循环水浴上，并把循环水浴控制在一个相对较低的温度，如10℃。
2） 串行电缆接到CIR-100后面，如图2.1及PC的COM端口。默认的是COM 1，它可以通过软件的安装菜单更换。
3） 将循环水浴、PC和CIR-100与电源相连并接通。并运转循环水浴。
4） 打开PC和CIR-100（顺序不重要）。仪器前面的液晶显示器将启动，并在初始检查中显示信息。
5） 进入Windows’95，点击开始按钮，将鼠标置于“程序”弹出菜单，将鼠标移到“Camtel Ltd”的二级菜单，并移到“CIR 图标”。双击此图标来运行程序。也可以创建一个快捷键，这样就可以在Windows’95桌面上显示CIR图标。
6） 点击“√”打开主菜单，将激活温度控制选择屏幕。作出选择之后，出现主菜单，从这里可以检查位移传感器的对象已被正确放置，这时就可以对整个软件进行浏览或直接进行实验了。
7） 将水平仪放置在工作区，如放在样品台前。用3个水准测量脚确保仪器处于水平，前脚能够上下调节，这就是微调的机理。进入屏幕顶部的“Set-Up”菜单，选择水平调整，CIR-100显示器将显示环是否被放置在驱替范围的中央。整个范围是-512到+512，误差±1°，可接受的工作范围是-27到+27之间，通过调节前脚使显示值到工作范围。
2.1.2 CIR-100软件简介
CIR-100整个软件最主要的特点是屏幕上的文本框，当鼠标指向某一个选项时，自动显示其内容。如果需要的话及时提供给操作者。程序的每一部分都可以通过位于主屏幕上的菜单访问。
每一个主菜单被选择后，会出现一个如同其他MS-Windows应用软件的下拉菜单。通过将鼠标置于文字上并单击或同时按下Alt键和带下划线的字母（如Alt+F将访问File选项的目录）可对其进行访问。如下图所示最常用的选项有：
图2.2 CIR-100主菜单示意图

1)主菜单-文件按钮，其中包括时间扫描（CIR-100S）按钮,在固定频率、振幅和温度下进行，用于研究界面流变性，用户可以观察达到稳态的时间。相比体相而言，界面的时间特性更容易表现出来；振幅扫描（CIR-TAF）按钮,在固定频率情况下，使振幅在一定范围内波动，可以观察线性粘弹区域；频率扫描（CIR-TAF）按钮通过振幅扫描达到线性粘弹区域界限时，研究速率对稳定界面的影响。在选定频率范围内，使应变振幅低于临界值并保持不变；温度扫描（CIR-TAF）按钮，用来模拟温度对界面的影响。本实验需在达到平衡条件下进行以与时间效应区分。在实验中要固定频率和振幅。生成并运行程序（CIR-JC）按钮，选择此选项后，操作者选择以标准化谐振条件（>2Hz）或可控应变模式（<2Hz）运行。CIR-100有两种操作模式，标准化谐振（NR）和可控应变模式（CS）。前者以相角和应变振幅双反馈控制为基础，这也是本仪器技术进步的地方。根据历史经验，本模式下测量频率接近和高于仪器自然频率，也就是说>2Hz。后者在开环（无反馈）状态下工作，本模式的进步之处在于允许测量频率低于仪器自然频率，即<2Hz。
理论表明，在相谐振条件下，应变滞后应力90°，并且应变振幅几乎处于峰值。对于标准化谐振模式，一个微处理系统通过调整各种反馈网络元素使装置在任何高于2Hz的频率下都处于相谐振状态。换句话说，它应用向量分析原理计算输入应力领先输出应变90°（π/2）的条件，借此使得输出向量的实部（弹性）为零，向量的值则全部是虚部（粘度）。图2.3展示了标准化谐振条件和样品加入使响应发生改变后的反应，即相角改变和应变振幅降低。因此，由于描述方程的实部和虚部互不受约束，并分别对应于G’和G”，弹性（G’）和粘性（G”）因素可以分别校正，并通过仪器因素分别获得，比如惯性常数和阻尼常数等。NR理论上可在任何频率下工作，但实际上，低于自然频率的反馈正信号不稳定，而位移传感器上<0.1%的非线性会被大大放大使得该技术无法实施。因此在频率低于2Hz情况下，应用CS模式，即在标准可控应变开环条件下。该模式下操作者选择扭矩（弹簧常数和角位移的乘积）。可以监测相滞后和输入应力和输出应变的振幅比率，并应用常规算法来降低界面特性。

图2.3
2)主菜单-数据分析按钮，一旦数据分析按钮从菜单条或者是主菜单和测量屏幕上被启动，那么它就可以通过任务栏和键盘上的Alt Tab组合键将测量数据转换为图形。这样在实验进行的同时或者是停止的情况下，就把绘图和打印任务完成了。
3)主菜单-标准刻度按钮，这个按钮是使用来测量仪器的标准参数的，其中包括环悬挂于空气中时系统的自然频率（F0,），转动惯量 （MOI ）和刚度常数（K0 ），弹性常数，粘度常数，位移传感器的灵敏度（Cg/Cp），数字模拟交换器的敏感度（DAC0）和粘性阻尼系数(φ0)。
4)主菜单-创建按钮，其中包括系统参数创建按钮，环和托盘选择按钮，生成或更改数据文件按钮，水平调整按钮，启动因素按钮，样品温度设置按钮，样品介绍按钮，搅拌器按钮，优选按钮，输出端口选择按钮
5)主菜单-帮助按钮，主要有显示工具提示按钮，升级按钮，序列号分配按钮等。
2.1.3 CIR-100的测量步骤
测量界面特性本质上需要一个绝对敏感的系统，加之CIR-100界面流变仪又是非常敏感和精密的仪器，这就首先要求测试环境要非常的严格：使用防震动桌子（如平衡桌）以使振动最小化、避免放在阳光直射的地方、避免放在烤炉、冷却风扇、空调、门等旁边、恒温的房间是理想的位置。其次在使用CIR-100前安装过程当中，移动任何零部件必须小心。系统最灵敏的部件有：以放置环的U形夹为终端的驱动系统，它不能以任何方式拉或推、位置监测器，不要企图拆开它、测量环，保证它的形状和垂直度是至关重要的，还应注意，表面很容易被污染，因此必须保证所有设备的清洁及化学药品的纯度。
CIR-100在测试使用前，首先要进行系统的校正。这里主要包括的系统机械常数有：自然频率（F0），转动惯量（I0），弹性常数（K0）。不同的仪器会有细微变化。校正常数可以通过一个实验进行，探测无载荷系统有环状态下的频率，F0，然后通过在U型夹或环上放置一系列实验棒来增加载荷，一般情况下改变五次就可以实现了。线圈弹性被驱动到一定应变振幅然后释放，这样运动随着频率逐渐衰减。而频率是随着惯性增加而不断变化的。这个步骤的整个过程都是自动化的，操作者只需点击启动测量图标和按屏幕信息的说明进行操作，就可完成系统校正参数值的获得了。
图2.4 实验棒位置示意图

接下来要进行的是参比样的测量，首先将Du Noüy环置于界面上，而且还要考虑保证温度的平衡。任何类型的参比样测试都用一个相对纯净的相（没有界面流变特征），通常液/气系统中的测试样分界面是空气和纯水，在液/液系统中的分界面是纯净的重质相和要测试的轻质相，本实验的参比样为经过预平衡的油样与蒸馏水体系。最终所测得的测试样的结果都是在参比样的基础上得到的。在保证CIR-100的出口与PC的串行通讯端口之间是连通的情况下，给CIR-100联接一个循环水浴，将其温度设为10ºC。接通所有的部件，打开CIR程序。点击主屏幕中的测试样测试图标图，选择完操作方式后，通过点击所需的选项和输入数据的位置进入程序。点击开始按钮，会有信息提醒你在测试前要保证分界面和环的正确放置。按下OK继续，数据会自动生成到文件中。
最后就是测试样的测试了，其测试环境一定要和参比样测试时的环境一致。与参比样测试时一样，在保证CIR-100的出口与PC的串行通讯端口之间是连通的情况下，给CIR-100联接一个循环水浴，将其温度设为10ºC。接通所有的部件，打开CIR程序。这时首先在温度选择按钮中选择所需的测试温度，然后建立一个新的数据库来存放实验数据结果，还要选择适当的环的直径来决定测量系统的选择，之后选择测试方法。最后实验结果会保存到所建立的数据库中。这样整个实验就完成了。
2.2 CIR-100测量原理
CIR-100是一个振动应力控制仪器，其原理与紧带检流计的运转相似，以一个几乎无摩擦的悬挂装置作为驱动，其上连有测量系统。标准测量系统是一个Pt/Ir De Noüy 环和一个作为样品容器的防火玻璃盘（简单剪切），常用于测量表面/界面张力的系统。玻璃容器可用Langmuir槽替换（用于改变表面压力），CIR-LT。系统应用高精度的位移传感器控制应变振幅在±1°。

图2.5 CIR-100型界面流变仪的测量原理图

图2.5为CIR-100型界面流变仪的测量原理图，测量部件主要包括驱动线圈、Pt/Ir De Noüy环、悬挂吊架和位移传感器。界面流变性测定过程中将Pt/Ir De Noüy环置于液液或气液界面上，由驱动线圈施加一定频率的正弦交变扭矩给Pt/Ir De Noüy环，使其在界面上做小角度（偏转角<±1°）正弦交变振荡。Pt/Ir De Noüy环的偏转角由位移传感器传送给测量控制系统。测量控制系统通过调节控制参数使Pt/Ir De Noüy环的振荡处于一定振幅下的相谐振状态（即偏转角的相位落后扭矩相位90°）。在相谐振状态下，可由扭矩振幅及仪器常数计算出界面弹性模量和界面粘度。
2.3 理论基础
2.3.1 界面弹性模量和界面粘度的定义
界面弹性模量是指如果有外力施加于界面膜，就会促使界面膜产生流动和变形，当撤除外力时，界面膜部分能恢复原来的形状和状态，部分不能恢复原来的形状和状态。我们把界面膜变形后能够恢复原来形状和状态的部分，称为界面弹性模量。因此，界面弹性模量也被称为界面贮存模量。界面弹性模量表征的是界面能量贮存的部分，使液膜抵抗弹性变形的能力，其单位是N/m。
界面粘度是指如果有外力施加于界面膜，就会促使界面膜产生流动和变形，当撤除外力时，界面膜部分能恢复原来的形状和状态，部分不能恢复原来的形状和状态。我们把界面膜变形后不能够恢复原来形状和状态的部分，称为界面粘度。界面粘度就是界面耗损模量与角速度的比值。界面粘度表征的是界面能量耗损的部分，使液膜抵抗流动变形的能力，其单位是Ns/m。
震荡测量达到稳定状态时，界面剪切应力和界面应变均按正弦函数变化即：
（2-1）
（2-2）
式中—界面剪切应力，N/m；
—界面剪切应力振幅，N/m；
—震荡角频率，；
—界面应变率，无因次；
—界面应变振幅，无因次；
—界面剪切应力与界面应变率的相位差，rad。
由界面复变量、界面弹性模量和损耗模量的定义有：
（2-3）
（2-4）
式中—复界面剪切应力；
—复界面应变率；
—复界面模量；
—界面储存模量，N/m；
—界面损耗模量，N/m。
由(2-4)有：
（2-5）
对比（2-3）和（2-5）有：
（2-6）
（2-7）
由（2-1）有：

（2-8）
将（2-6）和（2-7）代入（2-8）有：
（2-9）
由（2-9）中可定义界面粘度和界面弹性模量为：
（2-10）
（2-11）
2.3.2 控制谐振界面流变量测定原理
由极坐标系统得：
（2-12）
由扭矩平衡得：
（2-13）
式中 —测试环作用在其与测试杯间界面上的力矩。
将（2-12）代入（2-13），有：
（2-14）
上式的边界条件为：
（2-15）
（2-16）
式中，—测试环的偏转角；
—测试环的直径；
—测试杯的内径。
将（2-14）式对r进行积分并引入（2-15）、（2-16）式中的边界条件有：
（2-17）
整理上式得：
（2-18）
作用在测试环系统上得力矩应为克服测试环系统惯性矩、测试环作用在界面上得力矩及测试环作用在体相上的力矩之和，即：
（2-19）
根据上面的推导和分析有：
（2-20）
式中：—测试环作用在体相上的力矩；
、—与角频率相关的系数。则有：

（2-21）
式中—测试环系统的惯性矩。
由

有 （2-22）
在相谐振状态下，，则上式变为：
（2-23）
（2-23）式中当时有：
（2-24）
（2-23）式中当时有：
（2-25）
由于参比样中无界面活性物质，则可由参比样测试中的惯性力矩和扭矩定出和。如果轻相和重相均为牛顿流体，则和可视为常数。实际样品测（2-24）、（2-25）式可以计算出界面储存模量和损耗模量；由（2-10）、（2-11）可计算出界面弹性模量和界面粘度。
2.4 实验步骤及内容
2.4.1 技术参数
界面流变性是指界面膜流动和变形的性质，包括界面弹性模量和界面粘度两个方面的参数，一般通过剪切和扩张两种方法进行测量。剪切测量界面流变性是将测试环放置于两种液体之间，根据界面应力的变化得到的；扩张测量界面流变性是通过改变液体分散面积，根据界面应力的变化得到的。本实验是通过剪切方法来测量界面流变性的。测量的技术参数包括：油水之间的界面弹性模量、界面粘度。
界面粘度的影响因素主要包括界面层的组成与形态（包括界面层的厚度、压力、溶剂和溶质性质的影响）、溶质分子在界面上的吸附能力（受温度、压力、溶剂和溶剂性质的影响）及界面所受到的剪切作用（包括剪切方式和剪切速率的大小）。
2.4.2 实验步骤
本实验界面流变性测试中所用的介质为经过预平衡后的油样和水样。油水界面流变性测试中的测试参数为：振荡频率为2Hz，振幅为0.0068rad，参比样采用油样和去离子水, 测试步骤为：（1）将界面流变仪测试台的温度设定，将盛有油样和水样的细口瓶放入水浴中恒温30min；（2）将测试环挂到界面流变仪上；（3）用注射器向界面流变仪样品杯中加入8mL水样后将其放到界面流变仪的测试台上；（4）升高界面流变仪的测试台使Du Noüy环浸入水样后，再降低测试台的高度使测试环刚好位于水样与空气的界面上；（5）用注射器将7mL油样均匀地加到样品杯中的水面上，60min后测定油水界面流变性。
2.4.3 实验内容
本实验的主要内容为聚合物单剂、碱单剂和表面活性剂单剂对油水界面流变性的影响，三元复合驱注剂与油相界面流变形研究.实验中的油相为煤油与大庆原油混合物，温度45度下粘度为9.8。采用的聚合物为大庆炼化生产的HPAM（分子量分别为1200万、1900万、抗盐2500万、抗盐3800万）。测量内容包括：
1、温度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响。实验中测量了分子量为1900万，矿化度500mg/l，浓度1000mg/l聚合物溶液与油相的界面粘度和界面弹性模量。温度分别为：35℃、40℃、45℃、50℃
2、聚合物分子量对聚合物溶液与油相界面流变性的影响。测量了矿化度500mg/l，浓度1000mg/l，分子量分别为1200万、1900万、抗盐2500万、抗盐3800万，聚合物溶液与油相的界面粘度和界面弹性模量（45℃）。
3、矿化度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响。测量了分子量为1900万，浓度1000mg/l，矿化度分别为0、1000、2000、4000、6000、7000mg/l的聚合物溶液与油相的界面粘度和界面弹性模量。（45℃）
4、聚合物溶液浓度对聚合物溶液与油相界面流变性的影响。测量了分子量为1900万，矿化度500mg/l，浓度分别为600、1000、1500、2000、2500、3000mg/l的聚合物溶液与油相的界面粘度和界面弹性模量。（45℃）
5、碱单剂浓度对溶液与油相界面流变形的影响。测量了碱浓度分别为0、500、1000、1500、2000、2500、3000mg/L时碱溶液与油相界面粘度和界面弹性模量。
6、表面活性剂单剂对溶